CN219601640U - 一种应用于林业安全监测的无人机智能充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子通信技术领域，具体涉及一种应用于林业安全监测的无人机智能充电系统。包括，充电站基座，设于无人机巡航路径上，充电站基座与机库起点之间的无人机巡航路径的长度与设定电池容量相适配；充电站供电装置，设于充电站基座内，充电站基座的顶部和充电站供电装置的供电上表面形成供电结构；无人机设备；无人机充电装置，连接无人机设备，无人机充电装置的下充电接口与供电结构可拆卸电连接。本实用新型根据蓄电池的电池容量以及功耗提前布置充电站，实现无人机的就近充电，从根本上解决在广阔的林业巡航监测过程中的电量不足和无法就近充电的问题。

Description

一种应用于林业安全监测的无人机智能充电系统

技术领域

本实用新型涉及电子通信技术领域，具体涉及一种无人机智能充电系统。

背景技术

林业的安全监测主要是火灾监测、植物病虫害监测、土壤和水质监测、动物活动监测等内容，采用的技术手段主要是人工巡检的方式，但存在时效性差、成本高、效率低、监测范围有限等问题。采用无人机巡航采集数据，代替人工监测林业的安全情况，受到了广泛地关注和快速地发展。

但是，由于搭建采集器或者测绘设备，无人机持续工作时间一般只有十分钟到三十分钟，其续航能力大大限制了在林业自动化安全监测方面的应用。为了解决该问题，采用复合翼无人机会提高能量利用的效率，但是存在工作模式切换时不稳定、以及飞行速度不宜过低等问题；或者还可通过增加蓄电池的容量和体积或者轻量化无人机，但是这个解决方向会存在一个极限，同时增加无人机的体积会使其更容易碰到周围物体，非常不适合在林业领域使用。

除此之外，中国发明专利无人机续航能力评估系统（公开号CN106951650B）和一种无人机的电池续航性能管理评估系统（公开号CN115407215B）公开了无人机续航能力评估与管理方法，在中国发明专利申请一种心电动力学数据量化分析方法（公开号CN107260161A）引入这种算法可以防止无人机由于电量不足而坠机，提前返回到机库里，但是此类续航能力评估和算法管理的算法，本身会进一步消耗无人机的算力和电力，并且依旧不能从根本上解决在广阔的林业巡航监测过程中的电量不足和无法就近充电的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种应用于林业安全监测的无人机智能充电系统，解决无人机在广阔的林业巡航监测过程中的电量不足和无法就近充电的技术问题；本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种应用于林业安全监测的无人机智能充电系统，包括，至少一充电站基座，分别设于一无人机巡航路径上，所述充电站基座与靠近的一机库起点之间的所述无人机巡航路径的长度与一设定电池容量相适配；充电站供电装置，设于所述充电站基座内，所述充电站基座的顶部和所述充电站供电装置的供电上表面形成一供电结构；无人机设备，包括无人机飞行器和连接所述无人机飞行器用于控制所述无人机飞行器飞行路径的无人机控制器；无人机充电装置，设于所述无人机设备的下方连接所述无人机设备，所述无人机充电装置的下充电接口与所述供电结构可拆卸电连接。

优选的，包括多个所述充电站基座，相邻所述充电站基座之间的所述无人机巡航路径的长度与所述设定电池容量相适配。

优选的，所述无人机设备还包括，北斗定位天线，设于所述无人机飞行器的顶部；北斗定位装置，设于所述无人机控制器上，连接所述北斗定位天线；第一近场通讯天线，设于所述无人机飞行器的侧边，连接所述无人机控制器；定位摄像头，设于所述无人机飞行器的中下部，连接所述无人机控制器。

优选的，所述无人机充电装置的底面设有导磁铁环，所述供电结构上设有与所述导磁铁环的空间位置相对应的磁铁块。

优选的，所述无人机充电装置包括，电源管理器，设于所述无人机飞行器的舱体下部，连接所述无人机控制器；蓄电池，设于所述无人机飞行器的舱体中部，连接所述电源管理器，以所述蓄电池的安全设定阈值为所述设定电池容量；所述下充电接口，包括设于所述无人机飞行器底部的充电口正极和充电口负极，所述充电口正极和所述充电口负极连接所述电源管理器。

优选的，所述充电站基座包括，支撑导向座，所述支撑导向座的顶部与所述充电站供电装置的供电上表面形成所述供电结构，所述供电结构的截面为凹字形，所述无人机飞行器的底部具备与所述供电结构相适配的凸字形截面形状；支撑底座，连接所述支撑导向座；密封盖板，所述密封盖板的一端连接所述支撑导向座上的一导向轴并可沿所述导向轴翻转；驱动电机，设于所述支撑导向座的一侧，所述驱动电机的输出轴连接所述密封盖板；密封环，设于所述密封盖板朝向所述支撑导向座的一面上。

优选的，所述支撑导向座的上端具有导向斜角，所述支撑导向座的两侧设有用于固定的通孔。

优选的，所述充电站供电装置包括，供电管理器，设于所述支撑导向座内，连接所述驱动电机；第二近场通讯天线，设于所述支撑导向座的一侧，连接所述供电管理器；所述充电站供电装置具备所述供电上表面，所述供电上表面上设有连接所述供电管理器的供电口正极和供电口负极，所述供电口正极和所述供电口负极与所述充电口正极和所述充电口负极的空间位置相对应设置。

优选的，还包括，北斗短报文装置，连接所述供电管理器；北斗短报文天线，设于所述支撑导向座的一侧，连接所述北斗短报文装置。

优选的，所述供电装置还包括，备用电池，设于所述支撑底座上，连接所述供电管理器；开关电源，设于所述支撑底座上，所述开关电源的输出口连接所述供电管理器；市电供电线缆，连接外部市电供电口并从所述支撑底座的顶部伸入连接所述开关电源的输入口。

本实用新型的有益效果：由于采用以上技术方案，本实用新型根据蓄电池的电池容量以及功耗提前布置充电站，实现无人机的就近充电，从根本上解决在广阔的林业巡航监测过程中的电量不足和无法就近充电的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例中中间停靠充电站布置示意图；

图2为本实用新型实施例中无人机设备和无人机充电装置结构示意图；

图3为本实用新型实施例中充电站基座和充电站供电装置结构示意图；

图4为本实用新型实施例中充电站基座俯视图；

图5为本实用新型实施例中充电连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

一种应用于林业安全监测的无人机智能充电系统，如图1至图5所示，包括，至少一充电站基座30，分别设于一无人机巡航路径400上，充电站基座30与靠近的一机库起点300之间的无人机巡航路径400的长度与一设定电池容量相适配；充电站供电装置40，设于充电站基座30内，充电站基座30的顶部和充电站供电装置40的供电上表面形成一供电结构；无人机设备10，包括无人机飞行器110和连接无人机飞行器110用于控制无人机飞行器110飞行路径的无人机控制器140；无人机充电装置20，设于无人机设备10的下方连接无人机设备10，无人机充电装置20的下充电接口与供电结构可拆卸电连接。

具体地，本实用新型提供的无人机智能充电系统，解决了林业安全监测中无人机巡航时电量不足时无法就近充电的问题，无人机智能充电系统主要包括无人机设备10、无人机充电装置20、充电站基座30、充电站供电装置40以及短报文部分。

在一种较优的实施例中，包括多个充电站基座30，相邻充电站基座30之间的无人机巡航路径400的长度与设定电池容量相适配。

具体地，本实用新型设计的无人机智能充电系统从根本上解决在广阔的林业巡航监测过程中的电量不足和无法就近充电的问题。无人机的巡航路径、蓄电池220、在监测点100悬停进行采集所需的功耗是已知的，因此可以知道无人机从上一个监测点100到下一个监测点100飞行所需的功耗是/>，可以得到无人机从第i个监测点到第j个监测点所需的总功耗为：

可以设置一个电池安全阈值N，例如N=50%，此时蓄电池220的电池安全阈值即为对应的设定电池容量，无人机从第i个监测点到第j个监测点所需的总功耗为W≥N×Q时，就可以在第j个监测点与第j-1个监测点之间增设一个中间停靠充电站200，一个中间停靠充电站200包括了一个充电站基座30和一个充电站供电装置40。

无人机在巡航监测完成第j-1个监测点后，就可以自动进入到中间停靠充电站200进行充电，所需给蓄电池220充电量，可以根据充电电流和充电时间来进行设计配置；具体地，在完成充电以后，无人机继续开始巡航监测过程。中间依旧可以增设中间停靠充电站200，直到完成巡航监测工作，返回到机库。

进一步的，在机库中，无人机依旧可以采用本实用新型所提供的智能充电系统，进行自动充电，整个过程无需人工干预，实现全自动的无人机巡航监测。

较优的，不同于现有技术的引入额外消耗自身算力及电力的无人机续航评估管理方法，本实用新型在实际应用中，无人机的巡航路径、蓄电池220容量、监测工作、充电时间等参数都是提前设计的，所以可以根据上述方法增设中间停靠充电站200，确保在无人机巡航过程具有足够的电量，完成巡航监测，返回到机库中。

在一种较优的实施例中，无人机设备10还包括，北斗定位天线120，设于无人机飞行器110的顶部；北斗定位装置130，设于无人机控制器140上，连接北斗定位天线120；第一近场通讯天线150，设于无人机飞行器110的侧边，连接无人机控制器140；定位摄像头160，设于无人机飞行器110的中下部，连接无人机控制器140，具体地，定位摄像头160包括分别位于无人机飞行器110的左右侧的一第一定位摄像头和一第二定位摄像头。

具体地，本实用新型中北斗定位天线120和北斗定位装置130采用北斗技术，北斗定位天线120安装固定于无人机飞行器110的顶部，北斗定位装置130安装于无人机控制器140上，北斗定位装置130与北斗定位天线120进行电气连接。

具体地，无人机设备10上安装有北斗定位装置130和定位摄像头160。在巡航监测过程中，利用高精度的北斗定位进行厘米级或者米级的位置定位，在达到中间停靠充电站200后，通过双目定位摄像头160，进行更加精准的空间定位，缓缓降落嵌入到中间停靠充电站200上。

在一种较优的实施例中，无人机充电装置20的底面设有导磁铁环250，供电结构上设有与导磁铁环250的空间位置相对应的磁铁块450；具体地，为了确保充电时，无人机与充电站紧密贴合与稳固，在无人机充电装置20的底部结构中固定有导磁铁环250，在充电站基座30的顶部结构中内嵌有磁铁块450，利用磁铁块450吸引导磁铁环250产生足够的固定力，提高充电的稳定性。

在一种较优的实施例中，无人机充电装置20包括，电源管理器210，设于无人机飞行器110的舱体下部，连接无人机控制器140；蓄电池220，设于无人机飞行器110的舱体中部，连接电源管理器210，以蓄电池220的安全设定阈值为设定电池容量；下充电接口，包括设于无人机飞行器110底部的充电口正极230和充电口负极240，充电口正极230和充电口负极240连接电源管理器210。

在一种较优的实施例中，充电站基座30包括，支撑导向座310，支撑导向座310的顶部与充电站供电装置40的供电上表面形成供电结构，供电结构的截面为凹字形，无人机飞行器110的底部具备与供电结构相适配的凸字形截面形状；支撑底座320，连接支撑导向座310；密封盖板330，密封盖板330的一端连接支撑导向座310上的一导向轴并可沿导向轴翻转；驱动电机350，设于支撑导向座310的一侧，驱动电机350的输出轴连接密封盖板330；密封环340，设于密封盖板330朝向支撑导向座310的一面上。

具体地，无人机充电装置20的底部结构采用一个“凸”型结构，充电站基座30采用一个“凹”型结构，无人机缓缓降落刚好可以嵌入到充电站基座30的“凹”型结构上。

进一步具体地，为了确保在户外的中间停靠充电站防雨防尘，设计有一个密封盖板330和密封环340，驱动电机350可以带动密封盖板330在无人机需要充电时打开，在充电完成无人机飞走后再关闭。

在一种较优的实施例中，支撑导向座310的上端具有导向斜角，支撑导向座310的两侧设有用于固定的通孔。

较优的，导向斜角便于无人机飞行器110的底部嵌于供电结构内，支撑导向座310过两侧设置的通孔安装于现场的立柱上。

在一种较优的实施例中，充电站供电装置40包括，供电管理器410，设于支撑导向座310内，连接驱动电机350；第二近场通讯天线420，设于支撑导向座310的一侧，连接供电管理器410；充电站供电装置40具备供电上表面，供电上表面上设有连接供电管理器410的供电口正极430和供电口负极440，供电口正极430和供电口负极440与充电口正极230和充电口负极240的空间位置相对应设置。

具体地，充电站基座30的凹处顶部凸出有供电口正极430和供电口负极440，无人机充电装置20的底部的凸处底部内嵌有充电口正极230和充电口负极240，无人机嵌入到充电站基座30后，供电口正负极和充电口正负极的空间位置正好对应对齐。

在一种较优的实施例中，还包括，北斗短报文装置520，连接供电管理器410；北斗短报文天线510，设于支撑导向座310的一侧，连接北斗短报文装置520。

具体地，本实用新型中北斗短报文装置520和北斗短报文天线510采用北斗技术，北斗短报文装置520用于发送中间停靠充电站的设备状态信息和定位信息至远程服务器中，本实用新型所涉及的装置全面实现自主化国产，在保证在高精确度的数据传输的同时保证数据安全； 在一种较优的实施例中，供电装置还包括，备用电池460，设于支撑底座320上，连接供电管理器410；开关电源470，设于支撑底座320上，开关电源470的输出口连接供电管理器410；市电供电线缆480，连接外部市电供电口并从支撑底座320的顶部伸入连接开关电源470的输入口。

具体地，充电站供电装置40从市电引入电能，经过开关电源470转化成所需的直流电压，例如12V或者24V，提供处理器的电能、无人机的充电电能和驱动电机350的驱动电能。

充电站供电装置40设计有一个备用电池460，防止市电突然断电而影响正常工作。

本实用新型提供的无人机智能充电系统具体的工作流程如下：

步骤1：无人机飞出机库，开始巡航采集。

步骤2：无人机在完成中间某个监测点100的采集工作后，需要进入中间停靠充电站进行充电，通过北斗定位，巡航悬停到中间停靠充电站上方；

步骤3：无人机与中间停靠充电站200进行近场无线通讯交互；

步骤4：中间停靠充电站200控制驱动电机350，打开密封盖板330后，并通知无人机可以进入停靠充电；

步骤5：无人机通过定位摄像头160的空间精准定位，嵌入到中间停靠充电站200中；

步骤6：中间停靠充电站200开始给无人机充电，直到完成配置的充电过程；

步骤7：无人机起飞离开中间停靠充电站200，继续巡航监测工作；

步骤8；中间停靠充电站200控制驱动电机350关闭密封盖板330。

综上，本实用新型具有如下有益效果：

1. 所采用的无人机智能充电系统，从根本上解决在广阔的林业巡航监测过程中的电量不足和无法就近充电的问题。

2. 采用的无人机智能充电系统可设计性强，可以基于所选用的无人机和其续航能力，以及现场所需的监测点100，来设计所需要的中间停靠充电站200。

3. 所设计的无人机充电装置20，采用北斗定位技术和定位摄像头160空间定位技术，定位精度高，自动化程度高，可靠性高，安全性高。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种应用于林业安全监测的无人机智能充电系统，其特征在于，包括，至少一充电站基座（30），分别设于一无人机巡航路径（400）上，所述充电站基座（30）与靠近的一机库起点之间的所述无人机巡航路径（400）的长度与一设定电池容量相适配；充电站供电装置（40），设于所述充电站基座（30）内，所述充电站基座（30）的顶部和所述充电站供电装置（40）的供电上表面形成一供电结构；无人机设备（10），包括无人机飞行器（110）和连接所述无人机飞行器（110）用于控制所述无人机飞行器（110）飞行路径的无人机控制器（140）；无人机充电装置（20），设于所述无人机设备（10）的下方连接所述无人机设备（10），所述无人机充电装置（20）的下充电接口与所述供电结构可拆卸电连接；所述无人机设备（10）还包括，北斗定位天线（120），设于所述无人机飞行器（110）的顶部；北斗定位装置（130），设于所述无人机控制器（140）上，连接所述北斗定位天线（120）；第一近场通讯天线（150），设于所述无人机飞行器（110）的侧边，连接所述无人机控制器（140）；定位摄像头（160），设于所述无人机飞行器（110）的中下部，连接所述无人机控制器（140）。

2.根据权利要求1所述的无人机智能充电系统，其特征在于，包括多个所述充电站基座（30），相邻所述充电站基座（30）之间的所述无人机巡航路径（400）的长度与所述设定电池容量相适配。

3.根据权利要求1所述的无人机智能充电系统，其特征在于，所述无人机充电装置（20）的底面设有导磁铁环（250），所述供电结构上设有与所述导磁铁环（250）的空间位置相对应的磁铁块（450）。

4.根据权利要求1所述的无人机智能充电系统，其特征在于，所述无人机充电装置（20）包括，电源管理器（210），设于所述无人机飞行器（110）的舱体下部，连接所述无人机控制器（140）；蓄电池（220），设于所述无人机飞行器（110）的舱体中部，连接所述电源管理器（210），以所述蓄电池（220）的安全设定阈值为所述设定电池容量；所述下充电接口，包括设于所述无人机飞行器（110）底部的充电口正极（230）和充电口负极（240），所述充电口正极（230）和所述充电口负极（240）连接所述电源管理器（210）。

5.根据权利要求4所述的无人机智能充电系统，其特征在于，所述充电站基座（30）包括，支撑导向座（310），所述支撑导向座（310）的顶部与所述充电站供电装置（40）的供电上表面形成所述供电结构，所述供电结构的截面为凹字形，所述无人机飞行器（110）的底部具备与所述供电结构相适配的凸字形截面形状；支撑底座（320），连接所述支撑导向座（310）；密封盖板（330），所述密封盖板（330）的一端连接所述支撑导向座（310）上的一导向轴并可沿所述导向轴翻转；驱动电机（350），设于所述支撑导向座（310）的一侧，所述驱动电机（350）的输出轴连接所述密封盖板（330）；密封环（340），设于所述密封盖板（330）朝向所述支撑导向座（310）的一面上。

6.根据权利要求5所述的无人机智能充电系统，其特征在于，所述支撑导向座（310）的上端具有导向斜角，所述支撑导向座（310）的两侧设有用于固定的通孔。

7.根据权利要求5所述的无人机智能充电系统，其特征在于，所述充电站供电装置（40）包括，供电管理器（410），设于所述支撑导向座（310）内，连接所述驱动电机（350）；第二近场通讯天线（420），设于所述支撑导向座（310）的一侧，连接所述供电管理器（410）；所述充电站供电装置（40）具备所述供电上表面，所述供电上表面上设有连接所述供电管理器（410）的供电口正极（430）和供电口负极（440），所述供电口正极（430）和所述供电口负极（440）与所述充电口正极（230）和所述充电口负极（240）的空间位置相对应设置。

8.根据权利要求7所述的无人机智能充电系统，其特征在于，还包括，北斗短报文装置（520），连接所述供电管理器（410）；北斗短报文天线（510），设于所述支撑导向座（310）的一侧，连接所述北斗短报文装置（520）。

9.根据权利要求8所述的无人机智能充电系统，其特征在于，所述供电装置还包括，备用电池（460），设于所述支撑底座（320）上，连接所述供电管理器（410）；开关电源（470），设于所述支撑底座（320）上，所述开关电源（470）的输出口连接所述供电管理器（410）；市电供电线缆（480），连接外部市电供电口并从所述支撑底座（320）的顶部伸入连接所述开关电源（470）的输入口。